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【自行車教室】自行車踩踏技術可以量化嗎?

如果我們把曲柄當作時鐘來看,1點到5點之間為主要的「施力區」,在此區間內所施的力都能有效地為腳踏車產生向前的動力,其中又以3到4點鐘方向產生的力矩最大(因為力臂最長)。12點跟6點則分別是上、下死點,因為在這兩點沒有力臂,所以不管踩得多用力對前進都沒有幫助。至於後半段的7到11點,可說是踩踏技術優劣的分水嶺。

踩踏圖片取自《鐵人三項訓練聖經》(2011)



從機械力學的角度來看,如果能夠對大盤進行360度均勻地施力當然最具效率,就像引擎一樣把動力平均施加到齒盤的每一個齒片上。但實際上我們人類的腳天生就不適合這種運動模式。人類演化至今,發展出強壯的股四頭肌,再加上地心引力的關係,往下踩這個動作對於這雙腿來說可說是習以為常。但往上提又是另一回事了,除了負責上拉的肌群(在大腿上方的髂腰肌與腿後肌群)相對比較弱之外,還得要克服地心引力,所以要透過提拉來驅動後輪就會費力很多。

用力往下踩人人都會,差別就在於能產生多大的功率而已。踩踏技術的關鍵是:
  • 下踩時另一隻腳的「重量」是否完全離開踏板,又不花多餘的力氣作出提拉以驅動踏板。
  • 上拉及下踩結束後能不能「順暢」地劃過上、下死點。

當前方腳處於3到4點鐘方向時,踩踏最具有效率,但與此同時如果後方腳「完全沒有做出上提動作」,那麼整隻腳的重量(約10公斤)就會成為前方腳的阻力。試想想每轉動曲柄一圈所輸出的功率除了要用來驅動腳踏車前進之外,還要克服這10公斤的重量,就好比跑步時綁著10公斤的沙包在腿上,既跑不快也跑不遠。

如果想要拿掉這個「沙包」,訓練雙腿提拉的技巧是不二門法,只要能夠在7到11點鐘方向時作出適當的提拉,下踩的力量就能夠全作為前進之用。但問題來了,究竟我們如何得知自己已經懂得運用這套技術呢?換一個問法,我們要如何得知這額外的10公斤已經不見了?
以往在只有大盤式跟花鼓式功率計的時代裡,雖然可以知道總共輸出了多少功率,為體能訓練這一塊帶來革命性的影響,但有關踩踏技術的層面大家仍都只能「憑感覺」,技術好不好只有自己才知道。但隨著科技的進步,近年在市面上已推出了好幾款分腿式功率計(例如Garmin Vector、Rotor Inpower等),這種設計的好處在於能夠針對單腳進行個別測量,現在的你不只可以知道功率輸出有多少,甚至連踩踏技術也能夠作出量化,量化的數據包括:
  • 踩踏平衡:左右腳輸出的力量是否平均。
  • 扭矩效率:腿部的重量是否留踏板上。
  • 踩踏順暢度:用力程度是否忽重忽輕、是否有過度上拉的情況。
這三種據,能讓我們更具體地瞭解自己踩踏技術的優劣。

【有效扭力】(Torque Effectiveness)
下圖是一名自行車手踩動曲柄一圈的功率示意圖,X軸是曲柄的角度,Y軸是輸出功率的大小。從這張圖中可以觀察到兩個關於踩踏的重點:當曲柄在0度到180度之間,所產生的功率是最大的,特別是在90度時(3點鐘方向),出現功率值的最高峰。另外,在過下死點之後(180度之後),會出現「負功率」,代表此時所產生的功率完全無助於自行車前進,甚至會減少幫助前進的正功率。負功率的產生正是因為腿部的重量還留踏板上,使它成為另一隻腳往下踩時的負荷之一。


◎P+ 代表正功率,是踩踏到曲柄的力量(90度時的力矩最大)
◎P- 代表負功率,即無助於前進的功率
◎有效扭力 = (正功率 + 負功率)/正功率×100%


從公式可見,當後方腳所做成的負功率愈小(或等於零),扭矩效率(Torque Effectiveness)就會愈大:「這正是判斷技術好壞的關鍵」。當扭矩效率為100%時,代表單腳轉動一圈時完全沒有產生任何負功率(在7到11點鐘方向沒有重量留在踏板上),所有的功率皆轉化成向前的動力上。

扭矩效率跟踩踏的迴轉速有很大的關係。迴轉速愈高(>90rpm),愈難達到較高的扭矩效率,因為後方腳會跟不上踏板,造成愈多負功率。但如果要刻意加快後方腳上提的速度,又會容易造成上拉肌群的疲勞。基本上在平路或下坡的時候,由於慣性較高,負功率對前進的影響不多,所以扭矩效率只要不低於60%便足夠了。

在迴轉速較低情況下(<80rpm),通常是在爬坡的時候,上拉技術優秀的選手其扭矩效率大多會處於90%以上,主要是因為踏板的移動的速度較慢,後方腳相對容易跟上,甚至很可能會在7到11點鐘方向之間產生正功率。

扭矩效率在爬坡時是非常重要的數據。如果選手不善於上提的技術,在爬坡時只會更慢、更費力。假設現在有兩名體能相當、體重同樣是60公斤的選手、並騎著相同的腳踏車同時進行爬坡:
  • A選手輸出250W,擁有良好技術的他扭矩效率平均為95%
  • B選手輸出300W,但扭矩效率平均只有70%。
現在我們來分析誰會爬得比較快。如果單從功率高低的角度來看的話,B選手擁有絕對的優勢,因為在相同體重的情況下,他可以輸出300W,功率體重比高達5W/kg,而A選手只有250W,功率體重比只有4.2W/kg。但我們再來看看他們的扭矩效率,B選手的扭矩效率是70%,代表在這300W當中,只有210W是有效用來驅動腳踏車前進,其餘的90W被浪費在克服後方腳的重量上。反觀A選手,扭矩效率為95%,所以他有高達238W是用在前進上,比起B選手的210W還高出28W,速度自然也會比較快。因此,A選手雖然功率輸出較B選手差,但擁有優異踩踏技術的他把輸出的功率運用得淋漓盡致,所以還是比B選手更快攻頂。


【踩踏平整度】(Pedal Smoothness)
現在我們知道產生負功率是不好的,那是不是都把後方腳用力往上拉、製造更多出正功率就是最好呢?答案是否定的。接著要介紹的「踩踏順暢度」(Pedal Smoothness)可以告訴我們答案。

由於人類雙腿的生理構造,天生就較適合往下踩,所以當我們轉動曲柄一圈時,0度到180度這前半圈之間加總起來的力量(下踩)會比起後半圈(上拉)都要高。踩踏順暢度是計算曲柄轉動一圈後,其平均功率與最大功率之間相差多少百分比,數值愈高,代表一整圈的功率愈平均。


◎Pmax 是轉動一圈中的最大功率值
◎Pavg 是轉動一圈的功率平均值
◎踩踏平整度 = (轉動一圈的平均功率)/(圈中的最大功率) x 100%

但我們知道,要讓雙腳達到100%平均用力是不太可能的,因為上拉肌群的力量比起下踩肌群弱太多了,下踩的力道一定會比上拉的高且更有效率。如果我們把後方腳刻意快速往上拉,前方腳輕輕的往下放時,踩踏順暢度會明顯提高,但同時你會快速感到疲勞,因為身體根本不習慣用力地上拉。因此可以知道這種騎法是沒有效率的,7到11點鐘方向並不是拉得愈用力愈好。

根據統計,踩踏順暢度只要在10到40%之間就屬於在正常範圍內,所以我們其實並不需要過份上拉來取得更高的踩踏順暢度,只要維持在10到40%便已足夠。



作者:羅譽寅、編輯:徐國峰


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成就三屆環法冠軍的飲食方式:低碳飲食

Chris Froome是目前英國最偉大的自行車選手之一,至今已經拿下三屆環法自行車賽總冠軍(2013、2015及2016年),兩屆奧運個人公路計時項目銅牌(2012、2016年)。大部分人看到的除了他輝煌的成就之外,就是他在騎車時的一大特色:低頭[註1]。不過,其實他還有一項秘密武器——低碳飲食。


從2007年開始成為職業自行車手,當時22歲的他體重約76公斤,表現可圈可點,甚少在重大比賽中獲勝;2010年加入天空車隊(Team Sky),並於2011年開始漸露頭角。當年他在環西大賽中拿下總排第二名,但他指出「我是以餓死自己的方式把體重減下來的,不過我認為這樣做一點都不健康」。2012年開始執行低碳飲食,盡可能減少碳水化合物的攝取[註2],特別是加工的碳水化合物,並增加蛋白質和脂肪的食用量;2013年即成為第二位拿下環法冠軍的英國人(第一位是2012年同屬天空車隊的Bradley Wiggins,當時Chris Froome擔任其副將,並拿下第二名),並展開他與天空車隊主宰多日賽場的凸台之路。


攝取愈多的碳水化合物,就需要更多的水分以儲存在身體上,這樣會造成體重增加,所以降低碳水化合物可以讓體重變輕,同時也減少多餘碳水化合物轉換成脂肪的重量。不過,很多人認為減少碳水化合物攝取將會導致競技表現不佳,但採取低碳飲食的Chris Froome,他的運動表現有變差嗎?相信三屆環法冠軍已經是最好的證明,但科學數據能夠讓故事更加完整。

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【自行車功率訓練】20分鐘最大平均功率從220w進步到258w

作為教練,最高興莫過於收到選手進步的消息!

20分鐘最大平均功率從12月的220w,今天測驗進步到258w(而且測驗前後還有安排30分鐘跟1小時的比賽配速訓練)!三個月的時間足足進步了38w,FTP也從209w進步到245w(3.66w/kg)!


去年底開始跟大陸一位半程超鐵選手合作(不喜歡說指導誰誰誰,因為我跟選手是一起共同成長),113k的最佳成績落在4小時35分左右,自行車90公里的完成時間在2小時30分左右,對亞洲地區的業餘選手來說已經算是很高的水平,要再進步必然有一定難度;但這也是我的價值所在。

受到環境因素所限,在冬季的時候由於外面太冷,所以自行車的課表全部都在訓練台上進行(沒錯,是全部訓練,包含週末的長距離課表),自行車每週訓練時數平均只有4~5小時,因此整體的訓練強度必須要提高。

我把他的訓練簡單劃分為三個週期,第一個週期同樣是以基礎有氧耐力為主,但要他在訓練台上待3~4個小時實在太殘忍了,所以我通常都會安排一些長時間的Zone2與Zone3間歇,例如:Zone3騎20分鐘+Zone2騎15分鐘,重覆3組,並循序漸進地拉長Zone3的時間。

第二個週期每週安排了2~3天的高強度間歇,強度在Zone5~6之間,這些區間這可說是他的罩門,因為在以前他很少會進行如此高強度的訓練,所以剛開始5分鐘的最大平均功率只有235w左右。在這個週期我分別安排了兩次5分鐘測驗,以檢視訓練的成效,成績分別是263w與283w(4.22w/kg),雖然不算突出,但也有足夠的空間讓他的閾值功率進步了。

第三個週期為競賽期,也就是開始要幫他調整到最好的狀況。課表大部分是以Zone3~Zone4為主,目的是為了提高乳酸閾值,還有模擬比賽的強度。在5分鐘最大功率進步之後,只有再經過合理的訓練,20分鐘最大功率也會跟著進步。距離比賽還有三週的時間,原本今天我預估他20分鐘的成績會落在240w附近而已,所以課表上我備註只要騎240w以內就好,深怕他會拉爆自己(之前測驗試過前半段騎太用力而提早結束);還好他沒有聽從課表的指示,騎出了最佳成績;祝他能夠順利在4月的Ironman 70.3柳州站完成夢想!

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對跑步或鐵人三項線上訓練有興趣的選手,歡迎傳訊息到我的臉書專頁:https://www.facebook.com/louian1993

【自行車】利用最大平均功率曲線觀察進步的幅度

最大平均功率曲線(Mean Maximal Power Curve)是根據每一秒鐘的最大平均功率所畫出來的曲線,橫軸是時間,縱軸是功率(瓦特「W」),由於運動強度會隨著時間而遞減,所以曲線一般都是從左邊開始逐漸往下降。



簡單來說,假如第1秒鐘的最大功率為1000W,第2秒鐘的最大平均功率為992W(2秒內的平均值),第5秒鐘的最大平均功率為874W(5秒內的平均值),第1分鐘為446W(1分鐘內的平均值),第12分鐘為......如此類推,只要把每一個時間點所對應的最大平均功率值連成一線,就可以得到這條曲線了。

TrainingPeaks的最大平均功率曲線圖表是把所有關鍵的時間點,如5秒、10秒、12秒、...5分鐘、20分鐘、60分鐘、90分鐘...等的最大平均功率連成曲線,讓使用者可以了解到自己在不同時間下的功率表現分別是怎樣。除了可以知道自己的缺點之外,也可以利用圖表中的比較功能(Comparison),選取兩段時間範圍的功率曲線作出對照,如此就可以看出自己在不同時間點的功率輸出是進步還是退步?是1分鐘還是30分鐘的功率進步?甚至可以用來檢視目前的訓練方式是否真的有達成預期的目標?是否需要對後續的訓練作出調整?

下圖是一名鐵人三項選手的最大功率曲線圖表,紫色區域是今年(2017年)1月到目前的紀錄,灰色(圖中顏色較深的部分)則是去年(2016年)一整年的紀錄。可以看到紫色完全把灰色的部分蓋過去,代表今年在不同時間的功率數據都表現得比去年還要好!這應該是所有選手跟教練們最樂於看到的結果。


接下來再看看另一位長距離的鐵人選手的最大功率曲線圖表,目前他的目標是超級鐵人226公里的賽事,所以在訓練上會更著重在有氧耐力(長時間的功率輸出),相對地無氧或衝刺的訓練會非常少。我同樣把今年跟去年的功率曲線作出比對,可以看到雖然今年在10分鐘內的功率輸出都比去年還要低,但10分鐘以後則隨著時間拉長,紫線相對變得更加平緩,代表他在有氧耐力的表現變得更好,功率隨時間而衰退的比率降低,因此能夠以更高的功率輸出維持更久的時間,也表示目前的訓練方式有符合預期目標。